氮氣發(fā)生器作為實驗室常用設備之一，作為氮氣供氣源，用途廣泛。其中，對質譜和氣相色譜的正常運行起到重要作用。那么，該如何選擇合適的氮氣發(fā)生器呢？膜分離技術和變壓吸附技術是現(xiàn)今氮氣發(fā)生器的兩種主要制氮技術。兩種制氮技術各有特點和優(yōu)勢。
膜分離技術 壓縮空氣通過中空纖維膜，由于不同氣體分子直徑不同，當空氣通過膜的時候，分子直徑較小的氧氣、二氧化碳和水蒸汽會通過中空纖維膜管道上的小孔，進而排到大氣中去。在膜的出口，大分子直徑的氮氣分子和惰性氣體氬氣都被收集起來，輸送到應用設備。這種氮氣分離提取技術簡單有效，無需任何移動部件。
膜分離原理圖
變壓吸附技術
變壓吸附制氮的填充材料是碳分子篩，是一種多孔疏松的棒狀碳顆粒，當壓縮空氣通過碳分子篩時，同樣也是根據(jù)氣體分子直徑的不同，碳分子篩會吸附水汽和氧氣，但是，氮氣不會被吸附，從而被分離。變壓吸附的過程包括吸附解壓-重生階段。
變壓吸附原理圖
變壓吸附技術和膜分離技術來生產氮氣，各有優(yōu)勢。但是，對于某些特定的應用設備，使用其中的一種分離技術比另一種更有優(yōu)勢。具體使用哪種技術更好更合適要取決于應用和流速要求，不能一概而論。而需要強調的是，氮氣膜和碳分子篩都不是消耗品，都無需定期更換。
兩種技術對比來說：
1.尺寸和重量
氮氣膜尺寸小，重量輕，結構緊湊，更輕盈小巧，甚至發(fā)生器能放在標準實驗臺下，這些對于空間很有限的實驗室而言無疑是好的選擇。
2.噪音
膜分離技術不產生任何噪音，這也就意味著膜分離氮氣發(fā)生器能放在應用儀器旁邊，安靜地工作，無需將發(fā)生器放在另外一個房間，從而減少了管道延長所產生的額外費用，也避免了管道漏氣的風險。
3.純度
氮氣在不同分析儀器中所起的作用不同，所以對純度的需求也不同，LC-MS所用的氮氣主要作為霧化氣及保護氣，純度95%就全能滿足需求。理想化狀態(tài)下，變壓吸附所能達到的最大純度要優(yōu)于膜分離技術。但變壓吸附所產生的氮氣純度與進氣量、壓力、氣源質量都有很大的關系，如果氣源不潔凈或者氣量壓力不夠，那純度會大大降低，不能單純認為變壓吸附純度一定高。
4.露點，含水量
決定氮氣露點含水量的因素，除了分離技術外，進氣質量和過濾系統(tǒng)也至關重要。對于碳分子篩的變壓吸附，如果前端處理不當，不僅除水能力下降，而且會污染碳分子篩，久而久之碳分子篩就失去了吸附的能力。對于膜分離，如果有較好的前端處理和除水設計，同樣可以有效除水，降低露點。
5.空壓機的負荷
膜分離和變壓吸附對空氣氣量的需求不同。對于膜分離，純度越高，需要的空氣越多，空壓機負荷越大。對于變壓吸附，會有反吹現(xiàn)象，所以用氣量要遠高于理論值，不能簡單的按照空氮比得出實際空氣量，相應空壓機負荷也大于理想情況。
6.維護保養(yǎng)
膜分離技術移動部件少，所以維護簡單。一旦發(fā)生器出了問題，小而輕的氮氣膜占用空間小，讓發(fā)生器的維護以及零配件的更換都非常方便，同時，也降低了維護和維修成本，節(jié)約了時間。另外氮氣膜的工作無需很多電子部件的管理和控制，所以可以將更多的電子部件用于監(jiān)控核心技術參數(shù)，保證了發(fā)生器的穩(wěn)定性。變壓吸附相對移動部件、電子控件都多，所以維修維護較為繁瑣。
綜上而言，在選擇氮氣發(fā)生器時，不能單一根據(jù)是膜分離技術還是變壓吸附技術決定好與壞，要根據(jù)實際情況和具體應用合理選擇。
二、氮氣發(fā)生器的類型
根據(jù)氮氣可能用途的不同，氮氣發(fā)生器可分為以下幾種類型：
1. PSA氮氣發(fā)生器
PSA氮氣發(fā)生器是利用分子篩技術，將空氣中的氧氣和水分吸附，從而提取出純度高、質量穩(wěn)定的氮氣。它常用于化工、電子、半導體、食品、醫(yī)藥以及其他多種工業(yè)領域。
PSA是 Pressure Swing Adsorption的簡稱，中文名為變壓吸附，1960年Skarstrom提出PSAZL，他以沸石分子篩為吸附劑，用一個兩床PSA裝置，從空氣中分離出富氧，該過程經過改進，于60年代投入了工業(yè)生產。1970年，PSA技術在工業(yè)應用取得了突破性的進展，Zxian應用于空氣干燥與凈化。80年代，PSA技術的工業(yè)應用取得了突破性的進展，主要應用在氮氧分離、空氣干燥等。其中，氮氧分離的技術進展是把新型吸附劑碳分子篩與變壓吸附結合起來，將空氣中的氧氣和氮氣加以分離，從而獲得氮氣。
PSA制氮核心部件就是碳分子篩。碳分子篩在上世紀70年代興起的一種新型吸附劑，主要成分為元素碳，外觀為黑色柱狀固體。
它利用篩分的特性來達到分離O2 、N2的目的。在分子篩吸附雜質氣體時，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運送到微孔和亞微孔中，微孔和亞微孔才是真正起吸附作用的容積。碳分子篩內部包含有大量的微孔，這些微孔允許動力學尺寸小的分子快速擴散到孔內，同時限制大直徑分子的進入。由于這些氣體分子相對擴散速率的不同，因此它們可以被有效的分離。同時，在制造碳分子篩時，根據(jù)分子尺寸的大小，碳分子篩內部微孔分布應在0.28～0.38nm。在該微孔尺寸范圍內，氧氣可以快速通過微孔孔口擴散到孔內，而氮氣卻很難通過微孔孔口，從而達到氧、氮分離。
采用PSA方法的氮氣發(fā)生器可以根據(jù)用戶個人需要，制備不同純度的氮氣，Z高可達99.999%。
2. 空氣壓縮機式氮氣發(fā)生器
在壓縮機的工作過程中，通過對空氣壓縮處理，將氮氣和氧氣壓縮到相同的壓強下，然后利用分子篩分離工藝分離出氮氣。它通常應用于各種民用應用中，如氣象、口腔治療、氣體氣泡、人工呼吸等。
3. 膜分離式氮氣發(fā)生器
膜分離式氮氣發(fā)生器是利用具有吸附性能的特殊膜技術實現(xiàn)氧氣和氮氣的分離。它常用于制備高純度氮氣，如半導體制造、食品包裝材料、化學品、氣氣體氧化反應等。
三、氮氣發(fā)生器的應用領域
氮氣發(fā)生器在各個工業(yè)領域中，得到了廣泛的應用，特別是在高科技工業(yè)方面。它的應用領域如下：
1. 半導體制造業(yè)
制造半導體過程中，需要用大量的高純度氮氣。氮氣發(fā)生器可以在不使用氣瓶的情況下，產生高純度氮氣，適用于半導體制造中的壓制、光刻、清洗和治療等過程。
2. 化學品制造業(yè)
在化學制造過程中，需要制備具有特殊用途的化學品，需要純度高、質量穩(wěn)定的氮氣。氮氣發(fā)生器可以在較短時間內，提供大量的高質量氮氣，適用于溶劑回收、化學反應、脫水等過程。
3. 食品包裝業(yè)
食品儲存、保鮮和包裝均需要高純度氮氣。氮氣發(fā)生器可以使氧氣充分排除出包裝袋內，有效地延長食物的保鮮期。使用高純度氮氣，可以將食品包裝氧氣含量降至一定水平，從而使得食品并不會變質。
4. 果園、畜牧業(yè)及花卉產業(yè)
在果園、畜牧業(yè)及花卉產業(yè)，需要用到大量空氣來水分和處理空氣中的有害物質，如甲醛、二氧化碳等。氮氣發(fā)生器可以很好地處理空氣中的這些成分，保障作物的正常生長。
四、氮氣發(fā)生器的優(yōu)勢
1. 安全性高：氮氣發(fā)生器可以從空氣中產生高純度氮氣，避免了使用氣瓶的危險性和化學品的危險性。
2. 便于操作：氮氣發(fā)生器操作簡單，不需要專業(yè)技術人員進行管理和維護。
3. 經濟實惠：與傳統(tǒng)氣瓶制氮比較，氮氣發(fā)生器在長期使用中具有更明顯的成本優(yōu)勢。
4. 響應快捷：氮氣發(fā)生器能夠在短時間內提供大量的高純度氮氣，響應速度快，適用于多種需求。
5. 較少環(huán)境影響：氮氣發(fā)生器具有綠色環(huán)保的特點，對環(huán)境影響較小。
五、氮氣發(fā)生器的發(fā)展趨勢
1. 智能化：隨著人工智能技術的不斷發(fā)展，氮氣發(fā)生器也將實現(xiàn)智能化管控。智能化控制有助于提高操作效率和質量水平，從而滿足不同行業(yè)的需求。
2. 多功能化：氮氣發(fā)生器還將不斷加強多功能實現(xiàn)，開發(fā)創(chuàng)新性的應用方法，滿足多樣化、個性化的行業(yè)需求。
3. 小型化和便攜化：氮氣發(fā)生器的小型化和便攜化已成為行業(yè)發(fā)展趨勢。越來越多的行業(yè)應用需要小型或便攜的設備來提供所需的氣體，氮氣發(fā)生器將應運而生。
4. 高精度：對于一些嚴格要求氣體純度的行業(yè)，在氮氣發(fā)生器的開發(fā)過程中，需要提供更高的精度，以滿足不同企業(yè)的需求。
總之，氮氣發(fā)生器在現(xiàn)代工業(yè)中的應用越來越廣泛。隨著技術的不斷升級和發(fā)展，其性能也將得到不斷提升。因此，氮氣發(fā)生器未來將在生產工藝、性能穩(wěn)定性、能源效率和響應速度上發(fā)揮更重要的作用，從而不斷推動工業(yè)的發(fā)展。
英國普拉勒科技有限公司提供的氮氣發(fā)生器系列產品展示：
零級高純氮氣發(fā)生器（氣相色譜專用)
2.零級高純氮氣發(fā)生器（氣相色譜專用)：NITROGEN-1200
零級高純氮氣發(fā)生器（氣相色譜專用)
3.氮氣發(fā)生器NITROGEN-B-45(液質專用)
氮氣發(fā)生器NITROGEN-B-45(液質專用)
4.液相質譜聯(lián)用儀專用氮氣發(fā)生器（中空纖維膜)NITROGEN-M-30/60
液相質譜聯(lián)用儀專用氮氣發(fā)生器（中空纖維膜)
5.質譜專用氮氣發(fā)生器(變壓吸附)
NITROGEN-B-5 NITROGEN-B-10 NITROGEN-B-30
NITROGEN-B-60 NITROGEN-B-100 NITROGEN-B-200
質譜專用氮氣發(fā)生器(變壓吸附)
6.氮氣發(fā)生器(氮吹儀專用)
NITROGEN-M-5/NITROGEN-M-10/NITROGEN-M-30
NITROGEN-M-60/NITROGEN-M-100/NITROGEN-M-200
氮氣發(fā)生器(氮吹儀專用)
7.半導體行業(yè)專用氮氣發(fā)生器（腔體保護氣,干泵吹掃氣)NITROGEN-M-100/200
半導體行業(yè)專用氮氣發(fā)生器（腔體保護氣,干泵吹掃氣)
8.HPLC(ELSD、CAD檢測器)專用氮氣發(fā)生器NITROGEN-B-5/10
HPLC(ELSD、CAD檢測器)專用氮氣發(fā)生器NITROGEN-B-5/10
更新時間：2025-09-26
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